一种轻型反射镜柔性支撑装置的制作方法

本发明涉及空间光学遥感技术领域，具体涉及一种轻型反射镜柔性支撑装置。

背景技术：

微型遥感器对于提供分布式高分辨率空间遥感影像，大幅度降低卫星载荷并提高载荷的长期稳定性和环境适应性等方面有着重要的科学意义与经济价值。光学反射镜是微型遥感器光学系统的核心组成部分，其安装定位精度直接影响光学系统的成像质量。微型遥感器对于遥感器的重量有着严格的要求，必须对光学反射镜进行超轻化设计。因此，反射镜的绝对刚度会下降，镜面因受重力释放、热学载荷和装配误差的变形会更加剧烈，镜面保持面形精度能力变差。因此，微型遥感器的柔性支撑结构必须具有良好的动、静态力学性能，以满足反射镜所需的支撑稳定性；具有一定的柔性，以提高反射镜的热稳定性。

空间反射镜的柔性支撑结构一般通过锥套与反射镜连接，以改善温度变化对光学反射镜面形精度的影响，锥套大多采用殷钢(4j32)材料制作。殷钢材料的膨胀系数小，随温度的变形极小，是制作对温度变形有严格要求零件的最佳材料。而对于口径小于500mm的反射镜，加锥套不仅会增加反射镜组件的重量，还会使结构过于紧凑，增加装配难度。空间反射镜的柔性支撑结构一般是在柱形刚性支撑结构上开槽，以实现柔性过渡，通过多处开槽以增加柔性方向。对于口径小的轻型反射镜，很难在有限的空间内布置这种支撑结构以达到应有的柔性需求。

技术实现要素：

本发明为解决现有口径小于500mm的反射镜重量大，且由于采用锥套导致小型反射镜重量增大，增加装配难度以及面形精度差等问题，提供一种轻型反射镜柔性支撑装置。

一种轻型反射镜柔性支撑装置，包括三个柔性支撑单元，在小型超轻反射镜背部同一圆周均布三个支撑孔，每个柔性支撑单元通过支撑孔与超轻反射镜连接；所述柔性支撑单元与支撑孔配合胶粘固定；所述柔性支撑单元包括顶部粘接环、环内支撑结构、第一柔性片、过渡连接结构、第二柔性片和底部安装座；所述环内支撑结构的边缘与顶部粘接环连接，环内支撑结构的下端与第一柔性片连接；所述第二柔性片的上端通过过渡连接结构与第一柔性片连接，第二柔性片的下端与底部安装座连接；所述顶部粘接环与底部安装座的中心轴线重合；所述环内支撑结构与顶部粘接环连接处具有圆角i，环内支撑结构内部连接处具有圆角ii；所述第一柔性片与环内支撑结构连接处具有圆角iii，第一柔性片与过渡连接结构连接处具有圆角iv；所述第二柔性片与过渡连接结构连接处具有圆角v，第二柔性片与底部安装座连接处具有圆角vi。

本发明的有益效果：

一、本发明所述柔性支撑单元采用殷钢材料制作，以殷钢材料随温度变形极小的特性从根本上改善了环境温度变化对反射镜面形精度的影响。

二、本发明所述的柔性支撑单元直接与超轻反射镜粘接，减小了柔性支撑结构的体积，降低了支撑结构的重量，简化了小型超轻反射镜的整体结构。

三、本发明所述的柔性支撑单元通过底部安装座上的螺钉通孔与微型空间光学遥感器承力结构的机械接口连接，通过销钉孔与承力结构配作销钉实现定位。保证反射镜在工作方向变化、工作环境温度变化和有装配误差时反射镜的面形精度在允许范围内保持稳定。

四、本发明所述的轻型反射镜柔性支撑结构有三处呈120o圆周均布的柔性支撑结构，每处柔性支撑结构都是串联的弹片式直梁型柔性铰链支撑。第一柔性片提供切向柔性，第二柔性片提供径向柔性，第一柔性片和第二柔性片共同形成弹簧片式柔性虎克铰，能够有效的卸载来自外部的热载荷和应力应变。柔性片通过自身的弹性变形，协调反射镜与承力结构之间的变形差异，避免反射镜产生内部应力，降低反射镜的面形精度。对于不同重量和不同轻量化形式的超轻反射镜，可以通过调节柔性片的长度、宽度和厚度来保证良好的面形精度。柔性片两端与环内支撑结构上的圆角可以有效避免应力集中现象。

附图说明

图1为本发明所述的一种轻型反射镜柔性支撑结构的剖切示意图；

图2为本发明所述的一种轻型反射镜柔性支撑结构中柔性单元的轴测图；

图3为本发明所述的一种轻型反射镜柔性支撑结构中柔性单元的示意图；

图4为本发明所述的一种轻型反射镜柔性支撑结构中柔性单元的正视图；

图中：1、超轻反射镜，2、支撑孔，3、柔性支撑单元，4、顶部粘接环，5、环内支撑结构，6、第一柔性片，7、过渡连接结构，8、第二柔性片，9、底部安装座，10、圆角i，11、圆角ii，12、圆角iii，13、圆角iv，14、圆角v，15、圆角vi，16、连接螺栓孔，17、定位销孔。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，轻型反射镜柔性支撑结构，包括超轻反射镜1和柔性支撑单元3；所述超轻反射镜1背部同一圆周上均布三个支撑孔2；所述柔性支撑单元3通过与支撑孔2配合胶粘固定与超轻反射镜1连接。

所述柔性支撑单元3包括顶部粘接环4、环内支撑结构5、第一柔性片6、过渡连接结构7、第二柔性片8和底部安装座9；所述环内支撑结构5边缘与所述顶部粘接环4连接，下端与所述第一柔性片6连接；所述第二柔性片8上端通过过渡连接结构7与第一柔性片6连接，下端与底部安装座9连接；所述顶部粘接环4与底部安装座9的中心轴线重合；所述柔性支撑单元3为一体式结构。所述支撑孔2和所述顶部粘接环4锥度相同。

本实施方式中所述的超轻反射镜1的外直径取值范围为50-500mm。小型超轻反射镜1由sic材料反应烧结而成，反射镜背部为开放式三角形轻量化结构。在超轻反射镜1背部加工有三处呈120o圆周均布的支撑孔2。

本实施方式中的三个柔性支撑单元3由殷钢合金材料加工而成，该殷钢合金材料的线膨胀系数与小型超轻反射镜1的材料相匹配。三个柔性支撑单元3分别对应三处支撑孔2，通过配研加工使相配合的柔性支撑单元3的顶部粘接环4和支撑孔2具有相同的锥度。柔性支撑单元3与支撑孔2通过胶接固定。

柔性支撑单元3的环内支撑结构5内部交叉处以及与顶部粘接环4连接部位具有半径为2mm的圆角i10和圆角ii11；柔性支撑单元3的第一柔性片6与环内支撑结构5连接处以及与过渡连接结构7连接处分别具有半径为2mm的圆角iii12和圆角iv13；柔性支撑单元3的第二柔性片8与过渡连接结构7连接处以及与底部安装座9连接处分别具有半径为2mm的圆角v14和圆角vi15，可有效的避免应力集中。利用第一柔性片6和第二柔性片8的弯曲弹性变形，柔性支撑单元3的顶部粘接环4与底部安装座9之间能够产生微小位移，用于削弱超轻反射镜1因温度变化和装配误差引起的内应力。

本实施方式中，所述第二柔性片8与第一柔性片6的长度比为6:1，第一柔性片6较短，使得柔性单元的回转中心与反射镜的质心更近，用于减小反射镜水平检测过程中的镜面变形，保证反射镜的面形精度。第一柔性片提供切向柔性，第二柔性片提供径向柔性，第一柔性片和第二柔性片共同形成弹簧片式柔性虎克铰，能够有效的卸载来自外部的热载荷和应力应变。柔性片通过自身的弹性变形，协调反射镜与承力结构之间的变形差异，避免反射镜产生内部应力，降低反射镜的面形精度。对于不同重量和不同轻量化形式的超轻反射镜，可以通过调节柔性片的长度、宽度和厚度来保证良好的面形精度。柔性片两端与环内支撑结构上的圆角可以有效避免应力集中现象。

本实施方式中的三个柔性支撑单元3分别通过相应的底部安装座9上的四个连接螺栓孔16与微型空间光学遥感器承力结构的机械接口连接，通过两个定位销孔17与承力结构配作销钉实现定位。柔性支撑单元3为一体式结构，保证了支撑效果的可靠性和稳定性。

具体实施方式二、本实施方式为具体实施方式一所述的轻型反射镜柔性支撑装置的装配过程：

一、加工柔性支撑单元3配研超轻反射镜1上的三个支撑孔2内孔，使柔性支撑单元3的顶部粘接环4的锥度与支撑孔的锥度相同，即达到相同的锥度和公差要求；

二、将加工完成的三个柔性支撑单元3对应粘接到三个支撑孔2上；

三、对三个柔性支撑单元3进行研磨，使连接面的平面度达到公差要求；

四、将粘接好的组件通过底部安装座9的螺钉孔和销钉孔连接到相应的承力结构上，装配完成。